渤海湾盆地LD油田砂砾岩储层裂缝表征研究

李俊飞，刘小鸿，叶小明，党胜国，王鹏飞

中海石油(中国)有限公司天津分公司， 天津 300459

随着勘探的不断深入，在渤海湾盆地中深层储层中发现了多个砂砾岩油气藏[1]，其中LD油田砂砾岩储层中发育裂缝，这在渤海湾盆地尚属首次发现。由于裂缝的存在，导致LD-1Sa井测试获得高产油流，裂缝的表征成为该油田开发的关键[2-6]。宋永东等[7]认为构造裂缝预测研究需要地质学方法、测井资料的应用和地球物理资料的应用等多方法结合才能取得满意的效果，裂缝的空间分布是研究的难点；张岚等[8]认为裂缝表征的重点是对裂缝发育进行描述和预测，进而建立合理的裂缝地质模型；张亚春等[9]认为开展裂缝的有效识别是裂缝建模的重点；肖大坤等[10]认为有效应用研究资料得到不同尺度裂缝的发育规律是影响裂缝建模质量的关键所在。然而，由于LD油田发育扇三角洲相储层，储层埋藏深，且横向变化快，导致地震资料分辨率低，裂缝的分布规律认识难度大，进而给裂缝的表征也带来很大困难。因此，笔者综合地震、测井和岩心分析化验资料，对LD油田沙河街组二段(Es2)储层裂缝成因和特征进行研究，并在此基础上探讨离散裂缝网格模型的表征方法，实现对裂缝的定量表征，旨在为油藏数值模拟和方案设计提供依据。

1 研究区概况

LD油田位于辽东南洼东斜坡带，夹持于辽东南洼和渤东北洼之间，是北东走向的断块。LD油田钻遇的地层自上而下为第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组和沙河街组、中生界，Es2为其主力含油层系，埋藏深度2200～2500m。研究层段Es2是扇三角洲前缘沉积，发育水下分流河道、席状砂及分流间湾微相；岩性主要为砾岩、砂岩和泥岩，砾石成分以石英岩为主，少量为火成岩和碳酸盐岩，碎屑颗粒分选较差，磨圆度为次棱角～次圆状。储层孔隙度12.0%～16.5%，渗透率35.4～235.5mD，属于低孔、中-低渗储层。

该油田于2016年发现，共钻井3口，其中仅LD-1Sa井测试获得高产油流，钻井揭示，LD-1Sa井钻探Es2储层时，井液漏失明显，分析认为是裂缝发育导致，因此，裂缝的表征对该油藏的开发至关重要。

2 裂缝特征

2.1 裂缝成因分析

LD-1Sa井完井地质报告指出，漏失井段与储层段具有较好的匹配关系，说明裂缝主要发育在储层段，而该井储层段岩性主要为砾岩，因而，裂缝发育与砾岩存在良好的相关性。

根据铸体薄片(见图1)观察，研究区发育的裂缝类型有砾内裂缝、砾缘裂缝、基质裂缝和构造裂缝，以砾内裂缝最发育(包括穿砾裂缝)，占比高达80%左右(见图2(a))。砾内裂缝是由构造应力、上覆地层岩柱压力等各种成岩过程中产生的应力压碎作用所致[11]，也称之为压裂缝，在LD-1Sa井的砾岩内较发育。由于砾石之间的接触点较砂岩少，因此在接触点上的压强要比砂岩高出几个数量级，从而使得砾石被压碎[8]。从图1可以看出，不同砾石中发育的砾内裂缝没有一致的方向性，且砾内裂缝与构造裂缝不同，其大部分未贯穿颗粒。砾内裂缝开度小，主要在100μm以下(见图2(b))，根据裂缝开度划分裂缝类型，则砾内裂缝属于微裂缝。虽然砾内裂缝能提高储层内流体的渗流性，但其形成是以砾间孔隙的损失为代价，因此，储层孔隙度并未增加[8]。砾缘裂缝一般发育于大砾石的周缘，而基质裂缝主要发育于泥质含量较高的基质中，两者是因早成岩阶段泥岩脱水收缩或黏土矿物脱水收缩形成的，开度大，主要在50～400μm之间(见图2(b))。构造裂缝仅在少数的薄片中被发现，能够同时切穿砾石和基质，但横向延伸范围较小；通过声波远探测资料观察，仅在LD-1Sa井Es2储层可见一条构造裂缝，其余井的储层段均未见到。在部分开度较大的裂缝内，局部充填了方解石和原岩杂基，但90%以上的裂缝呈半充填-未充填(见图2(c))。

压裂裂缝的发育程度与碎屑颗粒的粒级、组分、填隙物含量密切相关[7]，主要发育在以刚性碎屑组分为主的岩石中，杂基含量越少、粒级越粗、相互接触的颗粒中接触点越少,裂缝越发育。研究区LD-1Sa井、LD-E-1井储层岩性较纯、泥质含量低，砾石以脆性石英砾为主；LD-1井储层泥质含量高，砾石以火山岩砾、灰岩砾和石英岩砾为主。因此，研究区LD-1Sa井、LD-E-1井储层砾内裂缝较发育，而LD-1井储层砾内裂缝不发育。

图1 铸体薄片裂缝特征Fig.1 Fracture characteristics of casting thin sections

图2 裂缝特征统计Fig.2 Statistics of fracture characteristics

砾内裂缝为成岩阶段形成的压裂缝，其分布受相带控制明显。Es2发育扇三角洲前缘沉积，扇三角洲前缘水下分流河道砂体水动力强，砾石较为发育，颗粒接触方式以点接触为主，在上覆压力作用下易于在砾石内部发育压裂缝。因此，该区的砾内裂缝主要发育于水下分流河道微相；而席状砂微相岩性粒度更细，不利于砾内裂缝发育。

2.2 微相分布预测

对砾内裂缝进行表征，需弄清砾岩的展布，而研究区砾岩主要发育在水下分流河道微相中，因此，要实现砾内裂缝的表征，需弄清水下分流河道的期次和展布，并且还要能为裂缝的发育提供约束。然而，研究区地震资料仅能预测储层范围，不能对砾岩的展布和单期的水下分流河道展布进行预测，因此，笔者采用储层沉积演化与基于目标的模拟相结合的方法，进行岩性和单期水下分流河道的展布预测。

众所周知，砂砾岩储层的展布受控于古地貌、古水深、可容纳空间及物源供应等因素，因此，在基底初始水深、可容空间变化(沉降和湖平面升降)、物源供给和搬运方式研究的基础上[12,13]，进行储层沉积演化模拟研究，模拟结果与单井的厚度和岩性进行对比，调整模拟参数直至两者一致，获得经过校正的沉积演化模型(见图3)。然后提取砾岩、砂岩平面分布概率，以此作为砾岩和砂岩的分布趋势，以井点岩相数据为硬数据，采用随机模拟的方法建立岩性模型，为下一步单期水下分流河道的模拟提供基础。

图3 LD油田砾岩分布模型三维图Fig.3 Three-dimensional map of conglomerate distribution model in LD Oilfield

由于常规的序贯指示模拟不能很好地再现模拟目标体的形态和规模，并且也不能对单期的目标体进行表征[14-16]，而基于目标的模拟不仅能够较好地描述目标体的形态和规模，还能对目标体的期次进行清晰的刻画[17]，在此基础上，还可以提取基于目标体相关的属性。

图4 沙河街组二段上亚段(E)油组单期水下分流河道模型Fig.4 A single-phase underwater distributary channel model for the oil group of the upper sub-member of the second member of Shahejie Formation (E)

根据扇三角洲沉积模式，研究区发育水下分流河道、席状砂和分流间湾等3种沉积微相，以各微相测井响应特征为基础，在单井上划分出水下分流河道、席状砂和分流间湾，并根据自然伽马曲线和电阻率曲线回返特征，对水下分流河道进行期次划分。

在此基础上，类比滦平扇三角洲野外露头[18]、丘陵油田扇三角洲实例[19]、双河油田扇三角洲实例[20]，综合分析认为扇三角洲前缘水下分流河道的宽厚比在20～100之间，平均为60左右；以此为基础，由井上单期水下分流河道的厚度，计算得到单期水下分流河道的宽度。

综合水下分流河道的形状、宽度、厚度、长度和主流线方向等地质信息，应用基于目标的模拟方法，建立单期水下分流河道模型(见图4)。

3 裂缝表征

3.1 离散裂缝网格模型

砾内裂缝属于微裂缝，基于单期水下分流河道模型的属性信息可为微裂缝建模提供必要的依据。由于水下分流河道中心到河道边部水动力逐渐减弱，因此，砾岩的展布也是从水下分流河道中心到河道边部逐渐减少，所以，水下分流河道中心裂缝最发育，向河道边部裂缝发育程度变弱，据此，提取距离河道边部归一化属性(见图5)，作为裂缝发育密度的趋势约束。砾内裂缝倾角、倾向随着砾石之间的接触点而发生变化，由于砾石在河道中是随机排列的，所以，裂缝的倾角和倾向在各个角度、各个方向均有发育。根据以上认识，对裂缝密度、倾角、倾向、开度进行设定，应用Petrel软件模拟裂缝展布，最终生成裂缝密度数据体约束下的裂缝模型(见图6)。

3.2 裂缝属性模型

裂缝系统建模的最终目的是建立裂缝系统的孔隙度、渗透率及表征裂缝系统与基质系统关系的σ因子[21]。通过对离散裂缝网格模型进行粗化，计算得到等效裂缝孔隙度模型、等效裂缝渗透率模型及σ因子模型。裂缝属性模型与基质属性模型粗化后，通过σ因子耦合，可作为双重介质油藏数值模拟的初始地质模型。

由于裂缝性砂砾岩储层的非均质性强，裂缝形成条件复杂，裂缝预测难度大，因此，建立的裂缝模型能否真实地反映地下储层的情况，还需要通过动态的试井分析资料对模型进行校验，从而得到符合地下流体特征的地质模型[22]。

图5 距离河道边部归一化属性图 图6 LD油田裂缝模型图Fig.5 The normalized attribute of the distance from the edge of the channel Fig.6 Fracture model diagram of LD Oilfield

3.3 裂缝模型的应用

在双重介质模型的基础上，开展油气井中途测试定产量拟合井底流压，拟合效果较好(见图7)，表明该方法建立的双重介质模型具有较高的准确性。在此基础上，模型充分应用于油田开发方案编制，注采井网中充分考虑裂缝展布方向的影响，在改善渗流条件的前提下，避免裂缝直接连通注采井，部署了5口开发兼评价井——两注两采一水源的不规则井网布井方案，预测采收率23.3%。

图7 DST测试定产量拟合井底流压图Fig.7 Fixed production fitting bottom hole flow pressure diagram by DST test

4 结论

1)LD油田砂砾岩储层发育的砾内裂缝属于压裂缝，裂缝在水下分流河道微相最发育，在席状砂微相不发育。采用储层沉积演化与基于目标的模拟相结合的方法，建立了单期水下分流河道模型，提取距离河道边部归一化属性，为裂缝密度发育提供趋势约束。

2)综合利用钻井、测井、裂缝密度等资料，建立离散裂缝网格模型，并将裂缝网格模型转化为裂缝属性模型，为双重介质油藏数值模拟提供初始地质模型。

3)以双重介质模型为基础，拟合井底流压效果较好，进而将模型充分应用于油田开发方案编制。